海运是国际贸易最主要的运输方式,集装箱运输则是国际工业品贸易的主体。尤其是对于世界主要贸易区域(如东亚,北美和欧洲)而言,远洋集装箱班轮运输更是有着无可替代的重要作用。在远洋集装箱班轮运输中,航线配船是班轮公司所面临的一项重要决策问题,它既是航线网络设计、船队规模和结构决策等战略层决策的具体落实,又是集装箱配积载、舱位分配等操作层决策的基础;与此同时,航线配船与船舶航速具有密切的关系,不同的船舶航速决定了不同的配船数量。由于远洋集装箱班轮运输具有货运量大、货物价值高、航程距离远、船舶配置数量多、船型巨大等特征,远洋航线船舶航速与航线配船决策不仅直接关系到班轮公司的经济效益,也影响到客户的利益和满意度。因此,远洋集装箱班轮运输船舶航速与航线配船优化研究已成为班轮公司亟待解决的一个重要问题。在系统归纳和分析航线配船问题、航速问题以及船舶航速与航线配船联合优化问题的研究成果后,发现随着当前市场环境的变化,许多研究模型和方法难以满足现实的背景要求。特别是针对当今集装箱班轮运输市场需求剧烈变动、船舶燃油价格居高不下、海运节能减排形势严峻、客户运输服务要求提高等现实情形,已有的相关研究还比较匮乏。为此,本文以远洋集装箱班轮运输作为研究对象,以船舶航速与航线配船作为主要研究内容,针对目前集装箱班轮运输中存在的几类现实情形,进行了以下几个方面的研究工作:首先,针对一些远洋航线存在沿海贸易权限制问题,结合远洋航线集装箱货物OD流的特征,分析了各航段船舶集装箱货物装载量与相关港口对间集装箱货物OD流量的关系,确定了分航段船舶运力约束,构建了考虑沿海贸易权限制下的船舶航速与航线配船非线性规划模型,并设计了结合枚举的逐步逼近算法。其次,针对一些远洋航线存在船舶碳排放量限制或碳排放区域控制问题,结合碳税和碳排放限额政策,将船舶碳排放量转换成碳成本加到目标函数中,并将船舶碳排放量作为一项硬约束引入到约束条件中,建立了考虑船舶碳排放因素的船舶航速与航线配船非线性规划模型,并针对模型设计了模型预处理的离散化算法。接下来,针对一些远洋航线上集装箱货物价值较高且客户对货物时间价值较为敏感的问题,通过分析在往返两个长航段上船舶航速变化对货物运输时间的影响,建立了随航速变化的集装箱班轮运输差异化定价函数,以班轮公司周总利润最大化为目标,分别构建了单航线与多航线下考虑货物时间价值的船舶航速与航线配船非线性规划模型,并且设计了与模型相对应的离散化求解算法。最后,针对一些远洋航线上存在着加油港油价差异较大的问题,基于航速调整策略,以班轮运营总成本最小化为目标,建立了考虑燃油补给策略的船舶航速与航线配船混合整数非线性规划模型,并且针对模型设计了分段线性逼近算法。研究结果表明:在有沿海贸易权限制的远洋集装箱班轮运输航线上,优化船舶航速、配置合理类型和数量的船舶,可以明显地降低班轮运输成本;在燃油价格剧烈波动的条件下,依据燃油价格的变化情况,适时采取“加船减速”或“减船加速”策略,可以有效地提高班轮公司的经济效益。在一些存在船舶碳排放量限制或碳排放区域控制问题的航线上,碳税的增加和碳排放量限额的减少将会导致船舶速度的急剧下降和配船数量的增加;同时,它将导致总营运成本的显著增长和碳排放量的急剧下降。在那些集装箱货物的价值较高且货主对运输时间的要求也比较高的航线上,考虑货物时间价值的船舶航速与航线配船优化,不仅可以降低客户集装箱货物的时间成本,而且也能够明显地增加班轮公司的总收益。除此之外,对于那些加油港燃油价格差异较大的航线,船舶采取分航段优化航速比采取统一的航速更加经济合理;在航运市场需求低迷的情况下,船舶更适宜采取较低的航速;采取灵活的加油港策略或放宽船舶到港时间窗限制,都能有效地降低班轮公司总成本。本文的研究成果对于推动远洋集装箱班轮运输船舶航速与航线配船优化理论和方法具有非常重要的现实意义,同时对于提高班轮公司和客户的收益具有重要的实践指导意义。